CC BY
163
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 615.072:582.272.7
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ БИОПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ФУКУСОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
Е.Д. Облучинская
Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН
Аннотация
Предложены методологические подходы к созданию биопрепаратов из биологически активных веществ фукусовых водорослей, основанные на комплексе теоретических и собственных экспериментальных данных, реализованные при разработке конкретных биопрепаратов из фукусовых водорослей Баренцева моря.
Ключевые слова:
фукусовые водоросли, Баренцево море, Белое море, биологически активное вещество, методология.
Введение
Фукусовые водоросли - перспективное сырье для получения биологически активных веществ (БАВ). Они содержат полисахариды (фукоидан, альгинаты), полифенолы, липиды и другие биологически активные компоненты. Спектр применения препаратов из фукусовых водорослей широк и обусловлен их фитохимическим составом. В основном препараты из водорослей используются в лечебнопрофилактической практике в виде нутрицевтиков (рис. 1).
При комплексной переработке бурых водорослей, включая фукусовые, можно выделить липидно-пигментные комплексы (ЛПК), содержащие полиненасьпценные жирные кислоты, стерины, пигменты. Считается давно установленным факт участия различных полиненасыщенных жирных кислот в обеспечении ряда физиологических процессов. Недостаток в пище ненасыщенных высших жирных кислот подобно дефициту витаминов вызывает снижение иммунитета, поражения кожи, морфологические изменения митохондрий печени и т.д. Имеются сведения об антиканцерогенной, противоопухолевой, антиметастатической активности полиненасыщенных жирных кислот. Стерины водорослей, фукостерин и саргостерол существенно снижают повышенную концентрацию холестерина в плазме крови.
Полисахаридные комплексы - это основные компоненты переработки как ламинариевых, так и фукоидов. Фукусовые водоросли Белого и Баренцева морей содержат значительные количества фукоидана, более чем на 50 % состоящего из фукозы. Фукоидан обладает иммуномодулирующим свойством, гепариноподобным действием, противовирусной и противомикробной активностью. Полифенолы оказывают антиоксидантное действие, наличие фукозы повышает иммуностимулирующее действие.
Применяя различные технологические приемы, можно в рамках комплексной переработки водорослей получать йодсодержащие препараты, поливитаминные и минеральные комплексы.
На сегодняшний день актуально создание современных эффективных и безопасных лекарственных средств природного, в первую очередь, растительного происхождения.
Для разработки биопрепаратов на основе водорослей необходимо применять методологические подходы, основанные на комплексе технологических, физико-химических, химических и биофармацевтических исследований. При этом требуется совершенствование методов стандартизации и контроля качества как исходного водорослевого сырья, так и его лекарственных субстанций по основным группам биологически активных веществ.
78
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015(21)
Е.Д. Облучинская
Рис. 1. БАВ бурых водорослей, целевые продукты на их основе и практическое применение
Цель данной работы - создание методологических подходов к разработке биопрепаратов из БАВ фукусовых водорослей на основании теоретических и экспериментальных исследований.
Согласно нашим исследованиям в области биохимии, технологии БАВ водорослей, выявлены сезонные изменения содержания полисахаридов (альгиновой кислоты и фукоидана) у фукусовых водорослей Баренцева моря: F. vesiculosus, F. distichus, F. serratus, Ascophyllum nodosum [1]. Проведено сравнительное исследование фитохимического состава наиболее распространенных видов бурых водорослей Баренцева моря [2]. Установлено, что фукусовые водоросли сем. Fucaceae по содержанию БАВ не уступают ламинарии сахаристой, а по количеству полисахарида фукоидана превосходят как ламинариевые виды, так и фукусовые дальневосточных морей. Исследованы некоторые биохимические показатели фукусовых водорослей Баренцева, Белого и Балтийского морей [3]. Определено, что в водорослях, собранных в Белом море, содержится больше белка и свободных аминокислот, чем в остальных исследуемых растениях. Наибольшее количество полисахаридов (альгинатов и фукоидана) найдено в фукусе пузырчатом из Балтийского моря, где сочетаются низкая соленость и минимальная интенсивность движения воды. Максимальное содержание полифенолов обнаружено в F. vesiculosus из Белого моря. При изучении содержания полифенолов бурых водорослей Баренцева моря на примере Fucus distichus L. дана высокая оценка перспективности этого вида сырья как продуцента полифенолов - растительных антиоксидантов [4]. Кроме того, разработана технология комплексного использования фукусовых водорослей Баренцева моря с учетом биохимических особенностей каждого вида сырья. В едином технологическом цикле получены четыре субстанции - альгинат натрия, маннит, сухой экстракт
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015(21)
79
Методологические подходы к разработке биопрепаратов на основе фукусовых водорослей
Этап 1. Сбор и заготовка водорослей
Характеристика мест обитания водорослей. Определение значимых факторов среды
Паспортизация мест сбора водорослей. Разработка методик рационального изъятия водорослей
Обоснование наиболее подходящего сезона сбора водорослей
Выбор способа заготовки водорослей: сушка, замораживание, фиксация
Этап 2, Стандартизация водорослей как сырья
Изучение физико-химических и технологических свойств водорослевого сырья
Составление паспорта сырья С выявлением критериев стандартизации по наибольшему содержанию БАВ
Этап 3. Комплексная переработка водорослей
Экстракция органическим экстрагентом (хлороформ, ацетон, азеотропы и пр.) с получением липидно-пигментных комплексов
фукуса, содержащий фукоидан, липидно-пигментный комплекс (ЛПК) [5]. Также созданы биопрепараты: сухой экстракт фукуса в виде гранул в твердых желатиновых капсулах [6], обладающий иммуномодулирующим действием, и антикоагулянтная мазь на основе экстракта из фукуса пузырчатого [7].
Выполненные исследования позволили нам сформулировать методологические подходы
к созданию биопрепаратов на основе фукусов Баренцева и Белого морей, включающие два основных направления. Первое -определение рациональной схемы (сценария) получения оригинальных фукусовых биопрепаратов. Второе - создание современных, качественных, эффективных
и безопасных лекарственных средств на основе комплексных и индивидуальных субстанций из фукусов.
Предлагаемая методология включает четыре этапа (рис. 2), каждый из которых завершается получением промежуточного результата, обеспечивающего постановку задач последующего этапа.
На первом этапе определяются нормы сбора и заготовки водорослей-продуцентов БАВ, включая цели и задачи по дальнейшему получению индивидуальных и комплексных БАВ. Наиболее значимой на данном этапе является
характеристика мест обитания водорослей по абиоти-ческим факторам среды с выявлением наиболее значимых факторов. Так, на основании литературных данных известно, что чем выше соленость воды, тем больше в ней содержится поли-ненасыщенных жирных кислот ю-3, обладающих высокой антиоксидантной активностью [8]. По нашим данным, у фукоидов с понижением солености увеличивается содержание фукоидана, аминокислот, но снижается количество маннита [9-10]. Поэтому еще одно слагаемое первого этапа есть паспортизация мест сбора водорослей, включающая определение факторов среды в конкретном месте добычи водорослей. Необходимо также разработать методику рационального изъятия водорослей, обеспечивающую восстановление природных зарослей, сохранение водорослевых популяций. Из-за наличия сезонных колебаний в содержании БАВ водорослей важно выбрать наиболее подходящий сезон сбора водорослей
Экстракция 70-96% этанолом с получением маннита, полифенольных, аминокислотных, йодсодержащих комплексов
Экстракция водными растворами кислот и солей с получением полисахаридов
Выбор критериев стандартизации комплексных препаратов и индивидуальных БАВ из водорослей
Этап 4. Стандартизация
комплексных препаратов
и индивидуальных БАВ Разработка методов стандартизации
из водорослей комплексных препаратов и
индивидуальных БАВ из водорослей
3 __
Создание биопрепаратов на основе индивидуальных БАВ и их комплекса из водорослей: выбор и обоснование лекарственных форм, разработка технологических регламентов и нормативной документации
Рис. 2. Методология создания биопрепаратов из водорослевого сырья
80
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015(21)
Е.Д. Облучинская
в соответствии с целевыми БАВ. Выбор способа заготовки водорослей (сушка, замораживание, фиксация) будет также определять возможность получения тех или иных БАВ. Например, при сушке сырья существенно меняется состав липидных экстрактов; получение индивидуальных полисахаридов рациональнее осуществлять из свежего или замороженного сырья.
На втором этапе для стандартизации водорослей как сырья необходимо изучить их физикохимические и технологические свойства, что позволит составить паспорт сырья, выявить критерии стандартизации по наибольшему содержанию целевых БАВ. Этот этап завершается разработкой нормативной документации на водорослевое сырье.
На следующем этапе проводится поиск рациональных приемов экстрагирования водорослевого сырья, обеспечивающих извлечение необходимого количества и спектра БАВ, изучение показателей стандартизации субстанций. Предлагаемая нами последовательность этапов комплексной переработки фукусов приводит к получению липидно-пигментных комплексов, маннита, полифенольных, аминокислотных и йодсодержащих комплексов, а также полисахаридов - фукоидана и альгиновой кислоты.
Заключительный этап - стандартизация комплексных препаратов и индивидуальных БАВ из водорослей с разработкой методов и выбором критериев стандартизации биопрепаратов. Главный результат этого этапа - получение стандартизованных активных субстанций, которые станут основой готовых лекарств, а также разработка комплекта нормативной документации, полностью их нормирующих. Конечной целью применения вышеуказанных подходов становится создание из водорослей лекарственных форм биопрепаратов на основе индивидуальных БАВ и их комплексов.
Заключение
Предложены методологические подходы к созданию биопрепаратов из БАВ фукусовых водорослей, основанные на комплексе физико-химических, химических, технологических и биофармацевтических исследований и реализованные при разработке конкретных биопрепаратов из фукусовых водорослей Баренцева моря. Предлагаемая методология включает четыре этапа, каждый из которых завершается получением промежуточного результата, обеспечивающего постановку задач для последующего этапа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Облучинская Е.Д. Технологии лекарственных и лечебно-профилактических средств из бурых водорослей / ред. акад. Г.Г. Матишов) // Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2005. 164 с. 2. Облучинская Е.Д. Сравнительное исследование бурых водорослей Баренцева моря // Прикладная биохимия и микробиология. 2008. Т. 44, № 3. С. 377-342. 3. Клиндух М.П., Облучинская Е.Д. Сравнительное исследование химического состава бурых водорослей Fucus vesiculosus и Ascophyllum nodosum // Вестник МГТУ. 2013. Т. 16, № 3. С. 466-471. 4. Obluchinskaya E.D. Physical and chemical properties, anticoagulant and antioxidant activity of Fucus Dry Extract // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2012. Т. 10, № 2. С. 85М. 5. Облучинская Е.Д. Сухой экстракт фукуса, способ его получения и антикоагулянтная мазь на его основе. Патент РФ № 2506089 // Бюллетень Изобретений. 10.02.2014. № 4. 6. Облучинская Е.Д. Оптимизация состава и технологии капсул, содержащих сухой экстракт фукуса // Хим.-фарм. журн. 2009. Т. 43, № 6. С. 22-26. 7. Облучинская Е.Д. Способ комплексной переработки фукусовых водорослей (варианты). Патент РФ № 2337571 // Бюллетень Изобретений. 10.11.2008. № 31. 8. Хотимченко С.В. Липиды морских водорослей-макрофитов и трав: Структура, распределение, анализ. Владивосток: Дальнаука, 2003. 234 с. 9. Облучинская Е.Д. Влияние факторов внешней среды на содержание полисахаридов фукуса пузырчатого Fucus vesiculosus L. // Химия раст. сырья. 2011. № 3. С. 47-51. 10. Клиндух М.П., Облучинская Е.Д., Матишов Г.Г. Сезонные изменения содержания маннита и пролина в бурой водоросли Fucus vesiculosus (L.) Мурманского побережья Баренцева моря // Докл. РАН. 2011. Т. 441, № 1. С. 1-4.
Сведения об авторе
Облучинская Екатерина Дмитриевна - кандидат фармацевтических наук, ведущий научный сотрудник Мурманского морского биологического института КНЦ РАН; e-mail: okaterine@yandex.ru
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015(21)
81
